Discovery of high thermoelectric performance of WS2-WSe2 nanoribbons with superlattice and Janus structures

超晶格 凝聚态物理 杰纳斯 材料科学 石墨烯纳米带 热电效应 丝带 半导体 声子 单层 光电子学 纳米技术 石墨烯 物理 热力学 复合材料
作者
Dan Han,Man Wang,Xiaoheng Yang,Mu Du,Lin Cheng,Xinyu Wang
出处
期刊:Journal of Alloys and Compounds [Elsevier]
卷期号:903: 163850-163850 被引量:13
标识
DOI:10.1016/j.jallcom.2022.163850
摘要

Transition metal dichalcogenide monolayers have shown enormous potential in thermoelectric application in recent years. We now focus on the thermoelectric properties of WS 2 -WSe 2 nanoribbons with superlattice (SL) and Janus (JA) structures using first-principles calculations. The WS 2 , WSe 2 , SL, and JA nanoribbons with the ribbon width from 5 to 7 have high structural stabilities. All nanoribbon electronic structures are semiconductors and the ribbon width will modify bandgaps. It can be also observed that WS 2 , SL, and JA nanoribbons with a ribbon width of 5 have the largest carrier mobilities (up to ~500–1400 cm 2 V −1 s −1 ) and relaxation times (up to ~400–600 fs). We further calculate the electronic transport coefficients and discover that the SL and JA nanoribbons with a ribbon width of 5 exhibit the largest power factors as high as ~80 mW m −1 K −2 . Afterwards, the minimum lattice thermal conductivities of SL and JA nanoribbons are 0.53 W m −1 K −1 and 0.61 W m −1 K −1 , which are suppressed owing to the declining phonon group velocity and phonon lifetime. The maximum ZT values of SL and JA nanoribbons can reach 5.47 and 4.13. This investigation provides a solid evidence for the application of WS 2 -WSe 2 nanoribbons as promising thermoelectric materials. • All WS 2 -WSe 2 nanoribbons have stable state and semiconducting properties. • Superlattice and Janus nanoribbons have large carrier mobilities. • The smallest k ph of superlattice and Janus nanoribbons are 0.53 and 0.61 W m −1 K −1 . • The high ZT of 5.47 and 4.13 for superlattice and Janus nanoribbons are obtained.
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